Un braccio robotico sente il tocco su tutta la sua lunghezza

Un braccio robotico dell'Hong Kong University of Science and Technology sa ormai distinguere una carezza da un colpetto, e può tenere un pallone da basket in equilibrio sull'avambraccio. EmArm, come lo chiama il team, lo fa grazie a più di 71.000 millimetri quadrati di pelle tattile morbida che copre la parte superiore e inferiore del braccio. I risultati sono pubblicati su Nature Sensors e provengono da esperimenti di laboratorio guidati dalla professoressa Shen Yajing e dal suo team del Mevita Robotics Lab.

La maggior parte dei robot percepisce il contatto solo nel punto in cui si trova un sensore, di solito la pinza. Fissare sensori all'esterno di un arto aggiunge cablaggi e fragilità. Il team dell'HKUST ha seguito una strada diversa, ispirandosi alla struttura «osso-muscolo-pelle» del corpo: ha collocato una pelle ottica morbida all'interno dello scheletro rigido, e telecamere submillimetriche leggono come la pelle si deforma quando qualcosa la tocca. L'approccio ottico riduce anche il complesso cablaggio di cui hanno bisogno le pelli elettroniche, e il team riferisce che è resistente alle interferenze elettromagnetiche, luminose, termiche, di umidità e acustiche.

Le misure sono precise. EmArm raggiunge una risoluzione spaziale di 0,085 millimetri, che i ricercatori paragonano a quella della pelle dei polpastrelli umani, e la sua soglia di discriminazione a due punti è di 18,2 millimetri, mentre la pelle tipica del braccio umano arriva a 30-50 millimetri. La sua fedeltà di rilevamento è rimasta fino al 97,9% sotto cinque tipi di interferenza ambientale. Un sensore applicato sulla struttura di un robot può indebolirla, quindi il team ha verificato anche la meccanica: il braccio ha retto carichi di pressione superiori a 15 kg e carichi torsionali di 7,35 Nm, mantenendo una precisione di posizionamento ripetuta che i ricercatori descrivono come paragonabile a quella dei bracci convenzionali.

Il software è ciò che trasforma questa pelle in comportamento. Il braccio combina i dati degli angoli articolari con quelli del tatto, estrae posizione, area, forza e numero dei punti di contatto, e li invia direttamente al controllo del movimento. Nel test con il pallone, ha regolato continuamente postura e forze per mantenerlo stabile. Nel test con l'ostacolo, una mano umana entrata nella sua traiettoria, invisibile alle telecamere, è stata rilevata attraverso il tatto; il braccio si è fermato, ha giudicato se l'ostruzione fosse temporanea o permanente e ha ricalcolato il percorso. Nelle interazioni sociali ha riconosciuto cinque tipi di tocco, ovvero carezza, pizzicotto, colpetto, solletico e colpo, con una precisione fino al 99,8%, e ha risposto con espressioni di felicità, tristezza, curiosità, timidezza o rabbia.

E in concreto? Per ora il cambiamento è una dimostrazione: un robot che continua a lavorare in sicurezza anche quando non può vedere ciò che lo tocca. I ricercatori affermano che l'approccio potrebbe essere esteso a gambe, tronco e altre parti del corpo, il che, a loro dire, potrebbe aiutare i robot umanoidi a lavorare in modo più sicuro in fabbriche, case e strutture di assistenza medica. Non sono stati annunciati né un calendario, né un prodotto, né un partner industriale. I dati provengono dagli esperimenti del team e dovranno essere riprodotti da altri gruppi, in contesti reali, prima che si possa dire fino a che punto siano validi.